Điều chế Al từ Al2O3

 Câu hỏi: Nêu phương pháp Điều chế Al từ Al₂O₃

   - Nguyên liệu là quặng Boxit (Al₂O₃.2H₂O).

   - Điện phân nóng chảy oxit nhôm trong criolit.

Cùng Top lời giải đi tìm hiểu chi tiết về Nhôm – Al nhé.

I. Định nghĩa

- Nhôm là tên một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Al. Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3, và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất.

- Kí hiệu: Al

- Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹ hay [Ne]3s²²3p¹

- Số hiệu nguyên tử: 13

- Khối lượng nguyên tử: 27 g/mol

- Vị trí trong bảng tuần hoàn

   + Ô: số 13

   + Nhóm: IIIA

   + Chu kì: 3

- Đồng vị: Thường chỉ gặp ²⁷Al

- Độ âm điện: 1,61

II. Tính chất vật lí & nhận biết

1. Tính chất vật lí:

   - Nhôm là kim loại nhẹ (khối lượng riêng 2,7g/cm³).

   - Màu trắng bạc, nóng chảy ở nhiệt độ không cao lắm (660^oC).

   - Nhôm mềm, dễ kéo sợi và dễ dát mỏng.

   - Nhôm dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.

2. Nhận biết

Cho Al phản ứng với dung dịch NaOH (hoặc KOH). Hiện tượng quan sát được: Nhôm tan dần, sinh ra khí không màu.

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑

III. Tính chất hóa học

Nhôm là kim loại có tính khử mạnh: Al → Al³⁺ + 3e

1. Tác dụng với phi kim

Nhôm có một lớp oxit bảo vệ trên bề mặt vì vậy, nhôm sẽ phản ứng được với oxi trên bề mặt. Vì khi phản ứng giữa nhôm và oxi xảy ra thì sẽ tạo ra một lớp màng oxit trên bề mặt. Từ đó, nó có thể bảo vệ và ngăn chặn nhôm tham gia phản ứng tiếp theo

2Al + 3O₂ → Al₂O₃

Ngoài tác dụng với oxi. Nhôm còn có thể tác dụng với một số phi kim khác để tạo ra muối:

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃

2Al + 3S → (đun nóng) Al₂S₃

2. Tác dụng với nước

Trên thực tế, do có lớp màng oxit mỏng, bền bảo vệ và bao phủ lên nhôm nên nhôm sẽ không phản ứng được với nước.  Nhưng khi phá bỏ lớp oxit (hoặc tạo hỗn hợp Al-Hg, vì nó sẽ ngăn không cho nhôm tác dụng với oxi tạo oxit) thì nhôm phản ứng ngay với nước giải phóng hydro và năng lượng:

2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂

Tuy nhiên, tính chất hóa học của nhôm khi tác dụng với nước chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết. Bởi vì khi sản sinh ra Al(OH)₃ là một chất kết tủa dạng keo màu trắng. Nó sẽ bao kín bề mặt của nhôm và ngăn không cho nhôm tiếp xúc với nước để xảy ra phản ứng tiếp theo nữa.

3. Tác dụng với dung dịch axit

Nhôm có thể dễ dàng tác dụng với dung dịch axit HCl và H₂SO₄ loãng. Phản ứng này sẽ tạo ra muối và giải phóng khí Hidro:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

Ngoài ra, nhôm còn có thể tác dụng với các dung dịch axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 hoặc H2SO4 đặc, nóng

Al + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Al + 6HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

2Al + 6H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Một lưu ý khi nhôm tác dụng với dung dịch axit đó là do bị thụ động hóa bới lớp oxit bao bọc bên ngoài nên nhôm không thể tác dụng với HNO3 và H2SO4 đặc, nguội.

4. Tác dụng với dung dịch bazơ

Nhôm có thể tham gia phản ứng dễ dàng với các dung dịch kiềm:

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂

Cơ chế phản ứng của nhôm và dung dịch bazơ như sau. Đầu tiên nhôm sẽ phản ứng với nước và sẽ sinh ra Al(OH)₃. Tuy nhiên phản ứng này mau chóng dừng lại vì tạo lớp kết tủa keo lắng xuống, ngăn cản phản ứng xảy ra.

Al(OH)₃ là một hidroxit lưỡng tính và có thể tan được trong dung dịch kiềm. Nếu muốn phản ứng tiếp tục xảy ra thì chúng ta sẽ ngâm Al(OH)₃ vào một dung dịch kiềm. Lúc này phản ứng sẽ tiếp tục xảy ra và lặp đi lặp lại cho đến khi Al bị hòa tan hết.

5. Tác dụng với dung dịch muối

Nhôm có thể dễ dàng đẩy các kim loại đứng sau nhôm ra khỏi dung dịch muối của chúng. Những kim loại đứng sau nhôm là Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, Cu, Ag, Hg, Pt.

2Al + 3CuSO₄ → Al2(SO4)₃ + 3Cu

Ngoài ra, nhôm còn có thể phản ứng với muối nitrat trong môi trường kiềm và cả môi trường axit:

8Al + 3NaNO₃ + 5NaOH + 2H₂O → NaAlO₂ + 3NH₃

6. Tác dụng với oxit kim loại (Phản ứng nhiệt nhôm)

Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng hóa học toả nhiệt trong đó nhôm là chất khử ở nhiệt độ cao. Nổi bật nhất là phản ứng nhiệt nhôm giữa oxit sắt III và nhôm:

Fe₂O₃ + 2 Al → 2 Fe + Al₂O₃

Một số phản ứng nhiệt nhôm có thể kể đến như:

3CuO+ 2Al → Al₂O₃ + 3Cu
8Al + 3Fe₃O₄ → 4Al₂O₃ + 9Fe
3Mn₃O₄ + 8Al → 4Al₂O₃ + 9Mn
Cr₂O₃ + 2Al→ Al₂O₃ + 2Cr

IV. Trạng thái tự nhiên

   - Trong tự nhiên chỉ tồn tại dưới dạng hợp chất.

   - Có trong: Đất sét (Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O), mica (K₂O.Al₂O₂.6H₂O), boxit (Al₂O₃.2H₂O), criolit (3.NaF.AlF₃)...

V. Ứng dụng

   - Hợp kim nhôm, nhẹ và bền, được dùng để chế tạo các chi tiết của phương tiện vận tải (ô tô, máy bay, xe tải, toa xe tàu hỏa, tàu biển, v.v.)

   - Nhôm và hợp kim của nhôm được dùng trong xây dựng nhà cửa và trang trí nội thất.

   - Nhôm được dùng làm dây dẫn điện thay cho đồng.

   - Dùng làm dụng cụ nhà bếp.

   - Bột nhôm trộn với bột sắt oxit (hỗn hợp tecmit) được dùng để hàn đường ray.

VI. Các hợp chất quan trọng của Al

   - Nhôm oxit (Al₂O₃)

   - Nhôm hiđroxit (Al(OH)₃)

   - Nhôm sunfat (Al₂(SO4)₂)

   - Phèn chua: K₂SO4.Al₂(SO4)₃.24H₂O